运算放大器中比例积分器分析

费春玲

慈溪杭州湾中等职业学校，浙江宁波 315300

0 引言

比例积分器作为低通型滤波器，通常接于压控振荡器和鉴相器之间，用以改善锁相环路的性能。早期比例积分器是一个无源的RC低通网络，或由分立有源器件搭成的有源比例积分器。受器件限制，这些电路的性能均不理想。自60年代运算放大器问世后，大大促进了有源滤波器的发展。随着运放性能的日臻完善，由运放构成的各类模拟电子线路的性能几乎达到了巅峰。在许多应用场所，采用理想化运放模型进行电路分析。其结果与实际电路性能相当吻合。这就使得包括比例积分器在内由运放构成的模拟电路的分析更加简捷方便。

1 典型比例积分器

典型比例积分器如图1所示。它由一个运算放大器、三只电阻器和一只电容器构成，是一个负反馈组态的一阶低通滤波器。图中RP为直流平衡电阻，对交流不起作用。

图1 典型比例积分器

由图1可写出比例积分器的传递函数为：

式中，s=σ+jω为一复数频率（σ为大于零的实数）。

从（1）式可以看出，右端第一项(R f Ri)为比例运算项；由于1s 表示理想积分运算，因此第二项(1 sRiC)表示积分运算项。且当s→∞时，，比例积分器退化为比例运算器，想必这就是比例积分器名称的由来。

现将式（1）右端分式的分子和分母同时除以fR C,得：

在式（2）中以ωj代替s，得实频下比例积分器的频率特性为：

式（7）的结果也可由式（1）以jω代替s求函。函数的幅频和相频特性分别示于图2-（b）和2-（c）。从图2 可以看出：

1）当s→0时，H（s）→∞,为传递函数的极点，它表明比例积分器对直流分量具有极高的放大量。而零频邻近，，表明这种类型的比例积分器具有相位趋前特性；

图（1）所示的典型比例积分电路，在实际应用时，为了防止放大器直流过载，最好在fR和C的两端并联一只阻值较大的电阻，用以限制直流增加。

2 结论

比例积分器作为模拟锁相环路不可缺少的功能电路，即使在广泛采用数字合成信号的今天，而可以获得高相噪性能的模拟锁相技术及构成锁相环路的各种功能模拟电路仍然是值得专业技术人员熟悉和掌握的。

[1]吴大正主编.信号与线性网络分析.西安电子科技大学.

[2]吴炳申，等编.模拟电路基础.北京理工大学.